L6562功率因数校正器及应用

1．引言 
    从220V交流电网经整流供给直流是电力电子技术及电子仪器中应用极为广泛的一种基本变流方案，但因为整流器是一种非线性元件和储能元件的组合，使得输入电流波形发生严重畸变，呈脉冲状。脉冲状的输入电流含有大量谐波电流，一方面对电网造成严重污染，另一方面使输入电路功率因数下降。为了提高电网的供电质量和可靠性，同时也为了提高功率因数、实现节能，需采取有效的技术措施减少输入端谐波分量。 
    提高功率因数的方法主要有两种：一种是无源功率因数校正法，在整流器和电容之间串联一个滤波电感，或在交流侧接入谐振滤波器，来扩大输入电流的导通角；另一种是有源功率因数校正（APFC）法，在整流器和负载之间接一个DC-DC变换器，应用电流反馈技术，使输入端电流波形跟踪交流输入正弦波形，从而把功率因数提高到0.99或更高。有源功率因数校正控制芯片种类繁多，本文介绍峰值电流控制模式的功率因数校正控制芯片L6562，同时分析它在功率因数校正电路中的功能，建立了实际电路并测试其典型波形，验证了该芯片的可靠性。 
     
2．L6562的特点和引脚 
2.1特点 
    L6562的主要特点为：内部的乘法器带有THD最优化专门电路，能有效控制AC输入电流的交越失真和误差放大器输出纹波失真，从而提高功率因数和降低THD。 
    L6562的其它特点如下： 
    ⑴　具有10.3V～22V的宽电源电压范围； 
    ⑵　具有低于70MA的启动电流和低于4mA的工作电流，并且含有截止功能，因而特别适用于遥控开／关控制，并且能满足“蓝天使”、“能源之星”和 “Energy 2000”等标准； 
    ⑶　借助于电压误差放大器和1％的内部精密电压参考，可控制PFC的DC输出电压并使其高度稳定； 
    ⑷　具有过电压保护功能，能安全处理启动和负载断开时产生的过电压； 
    ⑸　在电流感测脚内嵌RC低通滤波电路，可减少外部元件数量和PCB面积； 
    ⑹　带有源电流／灌电流为600mA／800mA的推挽式输出级，并带有欠压锁定(UVID)下拉和15V的电压钳位，可驱动功率MOSFET或IGBT，从而可使变换器输出功率高达300W。 
2.2 L6562的引脚说明 
    L6562采用8引脚DIP和SO封装，其引脚排列如图1所示。L6562的引脚功能介绍如下： 
    
    INV(引脚1)：误差放大器的反向输入端。PFC输出电压由分压电阻分压后送入该脚。 
    COMP(引脚2)：误差放大器输出端。补偿网络设置在该脚与INV端之间，以完成电压控制环路的稳定性和保证有高的功率因数与低的谐波失真（THD）。 
    MULT(引脚3)：乘法器输入端。该脚通过分压电阻分压，连接到整流器整流电压端，提供基准的正弦电压给电流环。 
    CS(引脚4)：输入到PWM比较器。MSOFET的电流流过取样电阻，在电阻上产生电压降，该电压与内部的正弦电压形成基准信号，与乘法器比较来决定MOSFET的关闭。 
    ZCD(引脚5)：升压电感去磁侦测输入端。工作在临界传导模式，用负极性信号的后沿来触发MOSFET的导通。 
    GND(引脚6)：该引脚为芯片地。栅极驱动和信号回路的通路都应汇集到该引脚端。 
    GD(引脚7)：栅极驱动输出。“图腾柱”输出能直接驱动MOSFET或IGBT，对源极峰值推动电流是600mA，吸收电流是800mA。该脚的驱动电压被钳制在12V左右，避免因Ucc电压过高而使驱动电压也升高。 
    Vcc(引脚8)：芯片电源。电压供给IC内部信号与栅极驱动，供电电压被限制在22V以下。 
     
3．L6562的功能描述 
    3.1 L6562的工作原理                
    APFC功率因数校正器的输出电压经电阻、采样后，通过IC1脚输入到误差放大器E/A的反相输入端。内部的2.5V基准电压，由同相端输入E/A，经E/A比较放大后，输出至乘法器。由全桥整流的交流电压被电阻、分压器采样，通过3脚输入乘法器，乘法器的输出电压则正比于和的乘积。外接功率MOSFET的源极串联电阻，将漏极的升压电感器的峰值电流取样，由4脚输入电流误差放大器，并与乘法器输出电压作参考。当4脚上的电压达到门限值，也就是中的电流达到峰值后，PWM比较器将停止驱动的栅极，并复位PWM闩锁。这时中的电流沿斜坡下降，在中的电流下降到零之前, 一直处于关断状态。在关断时，电感器中贮存的能量释放，通过升压二极管贮存在输出电容器中。当电感器中的电流过零点时，将被中的次级绕组检测，经5脚启动消隐电路，置位闩锁，在7脚输出PWM脉冲，驱动导通。在MOSFET导通时，升压二极管截止，输出电容中储能向负载供电。 
 
   
3.2 L6562的电路概述 
3.2.1过压保护 

在稳态下，电压控制回路通过电阻R1和R2分压，使输出电压V0保持稳定。如果忽略纹波的话，那么流过电阻R1的电流IR1就等于流过电阻R2的电流IR2。误差放大器同相输入端的参考电压是2.5V，那么芯片1脚的参考电压也为2.5V，于是有：

当负载突然变小而导致输出电压变化DV0>0时，1脚的电压通过误差放大器的反馈仍然保持在2.5V左右，1脚和2脚之间的RC网络使电路达到非常高的PF，结果流过电阻R2的电流仍为，但是流过R1的电流变为：,则 ,这个微小电流通过芯片外围的补偿网络，流入到芯片的2脚，

并且被内部电流监测。当达到37MA时，芯片内部的乘法器输出电压将变小，这样也将导致电路输出电压变小。当超过40MA时，OVP被触发，门极电压驱动强制被拉低关断外部晶体管，芯片处于静止状态。这种状况一直保持到直到电流降为10MA左右，这时，芯片内部启动电路重新启动，允许开关重新打开，DV0=R1*40*10-6.

3.2.2 L6562的THD最优化电路 
    L6562在其内部乘法器单元中嵌入了THD最优化专门电路，该电路能处理AC输入电压过零附近积聚的能量，从而使桥式整理器之后的高频滤波器电容得以充分放电，以减少交越失真，降低THD。 
    结合高线性乘法器中的THD最优化电路，L6562允许在误差放大器反相输入端INV和输出端COMP之间连接RC串联补偿网络，以减少误差放大器输出纹波和乘法器输出的高次谐波。 
     
4、L6562的电路实验 
    采用L6562作为反激式电路的控制芯片，它的典型应用电路见图3。图4、图5和图6分别为空载、有负载和过流时驱动管MOSFET漏源间的电压波形。 

    表2为不同负载、不同输入电压下得到的电路功率因数的大小。从表中可以看到，负载为满载的50%，输入电压为180V时，电路的功率因数最大，达到98.1% 
表2功率因数 

5、结论 
    本文介绍了功率因数控制芯片L6562的特点、引脚，工作原理以及内部电路，并设计了反激式功率因数校正电路，测试了其工作波形和不同输入电压、负载条件下的功率因数。各项性能指标均比较理想。